电喷雾技术制备NiCo₂O₄薄膜及其电催化性能的研究

【作者】 贺静静； 黄科科； 陈焕文； 冯守华；

【机构】 吉林大学化学学院无机合成与制备化学国家重点实验室；

【摘要】 随着社会的不断发展进步,发展高效的电催化剂对推动能量转换与存储技术具有至关重要的作用。其中,电化学分解水反应是一种利用电能将含量丰富的水分解为清洁能源的重要方式[1,2]。电化学分解水反应包括:氧气析出反应（Oxygen evolution reaction, OER）和氢气析出反应（Hydrogen evolutionreaction,HER）。其中氧气析出反应中复杂的四电子氧化还原过程是电催化分解水能量储存及转换效率提高的巨大障碍。目前所有催化剂中,Ru, Ir, RuO₂和IrO₂具有最好的催化性能,然而贵金属及其氧化物的稀少储量以及高昂价格限制了它们的应用。因此研发资源丰富、成本低廉、催化活性较高的的非贵金属催化剂具有重要意义[3]。本文中,我们采用电喷雾方法在导电基板（FTO）上合成尖晶石型过渡金属氧化物钴酸镍（NiCo₂O₄）。电喷雾技术在质谱分析领域是一种常见的离子化方法,同时在高压电场中,电喷雾技术也是高效制备单分散、尺寸分布均匀的带电液滴的有效方法[4]。通过在前驱体溶液中施加高压电,在电场力驱动下将前驱体溶液从毛细管中喷出沉积在FTO上形成薄膜。通过调节衬底温度、工作电压、薄膜厚度等参数,实现了对NiCo₂O₄的生长过程及催化性能的调控。衬底温度对于薄膜的形貌有着重要的影响作用,本实验结果表明400 ℃为薄膜生长的最适温度,比表面积增加,催化性能达到最优。将合成的NiCo₂O₄薄膜直接作为工作电极,无需导电剂和粘合剂,增加了纳米金属氧化物与工作电极的接触面积,显著提高了电化学催化性能。该方法为复杂金属氧化物的制备提供了理论和技术支持。更多还原